水分是维系植物一切生命活动的基础营养物质,也是保证植物光合作用、呼吸作用和其他生理过程顺利进行的主要因素之一。土壤为植物供给所需水分,当土壤湿度变化时,会影响到植物的生命状态。精确测量土壤湿度对于植物水分盈亏程度的相关机理研究具有重要意义。在林区微环境和农田水分的长期监测过程中,基于介电法的土壤湿度传感器受环境温度高低变化影响,导致测量精度和准确性降低。基于上述原因,本文进行如下研究工作:1.研究铂电阻测温原理和土壤介电特性测量原理,分析非饱和土壤介电常数的组成,引入等效电路描述介电特性的物理模型。搭建基于驻波率原理的土壤湿度传感器硬件电路以及PT100温度传感器的驱动电路和信号调理电路,并完成系统软件设计。2.对所设计复合传感器进行综合测试,包括硬件电路测试、调试仿真测试、标定实验和标准仪器的对比实验等。由标定实验结果可知,复合传感器输出电压值与被测量进行线性拟合的决定系数均大于0.99,表明二者线性关系显著。选用德国IMKO公司的TDR传感器作为标准仪器,进行对比实验,本文所设计SWR 土壤湿度传感器的误差在±2%以内,说明二者性能相当。3.从硬件组成和测量原理两方面分析SWR传感器的温度漂移特性。实验样本的体积含水率为7.46%～30.30%、实验温度5℃～45℃变化时,测试结果表明该传感器测量土壤体积含水率的误差为-2.65%～2.22%,其最大相对误差为29.76%,最大均方误差为2.2119。4.提出基于最小二乘原理的二元回归分析法用以传感器的温度补偿。结果表明,经过此模型补偿后SWR传感器测量结果的误差分布在-0.26%～0.69%,最大相对误差不超过5.23%,均方误差较补偿之前减小一个数量级且最大均方误差为0.157。综上所述,本文设计了一种具有环境温度自动补偿功能的SWR土壤湿度传感器,快速准确获取土壤墒情信息,为农林业生产、生态保护、水土保持等领域提供基础数据。